对于高层建筑而言,“电梯困境” 是一个至关重要的问题。我们可以通过一个简单的例子来理解:假设一栋 10 层的建筑,每层面积为 100 英尺 x100 英尺(即每层 10,000 平方英尺),总建筑面积为 100,000 平方英尺。的面积用于电梯,那么电梯占用的面积就是 10,000 平方英尺,剩余可供使用的面积为 90,000 平方英尺(原文此处计算有误,10 层总建筑面积 100,000 平方英尺,10 用于电梯则为 10,000 平方英尺,剩余可用面积应为 90,000 平方英尺,而非原文所述的 990,000 平方英尺,此处按原文逻辑修正后翻译)。
如果我们将建筑高度增加一倍(即 20 层),那么电梯所需的面积比例会上升到 20。此时建筑的总建筑面积为 200,000 平方英尺,电梯占用的面积为 40,000 平方英尺,剩余可用面积为 160,000 平方英尺。但实际上,考虑到电梯需要更长时间往返于 20 层楼之间,实际可用面积可能会更少。我们将建筑面积增加了一倍,建筑成本几乎必然会增加一倍以上,但可用面积仅从 90,000 平方英尺增加到 160,000 平方英尺,增幅仅为 78。
如果再增加 10 层(即 30 层),总建筑面积达到 300,000 平方英尺,电梯占用的面积比例会上升到 30,此时可用面积仅为 210,000 平方英尺。若增加到 40 层,电梯占用面积比例升至 40,可用面积则为 240,000 平方英尺;50 层时,可用面积为 250,000 平方英尺;60 层时,可用面积反而下降到 240,000 平方英尺;70 层时,可用面积进一步降至 210,000 平方英尺。由此可见,当建筑高度达到一定程度后,每增加一层,所获得的可用面积不仅会逐渐减少(边际效益递减),甚至会出现负增长。而且,每增加一层,建筑成本都会大幅上升。
在 “电梯困境” 的影响下,最终会达到一个临界点:此时,建筑的可用面积不仅不再增加,反而会开始减少。值得一提的是,传统城市中的道路也面临着类似的二维层面的困境(即道路面积与交通需求之间的矛盾)。当然,针对 “电梯困境”,目前已经有许多部分解决方案,例如双层轿厢电梯(double-deck elevators)、直达电梯与专用电梯、电梯分流技术等等。这是一个非常有趣的问题,涉及大量的数学计算,但有趣的是,生态建筑在一定程度上可以规避这一困境。
由于生态建筑本质上是自给自足的,建筑内部存在大量低人流区域,且每平方英尺的人口密度远低于传统高层建筑。还记得我之前提到的吗?仅水培种植区,每人就需要约 1000 至 2000 平方英尺的空间,而这些区域在大多数时候并不需要电梯。相比之下,同等面积的空间足以容纳一套舒适的家庭公寓。此外,由于建筑一层不再是主要的人流目的地(人们的活动分散在建筑内部各个区域),且人均空间更大,生态建筑可以设置更多楼层。虽然这并不能完全消除 “电梯困境”,但能在很大程度上缓解它。而且,建造过高的建筑其实并没有太大意义,因为如果需要扩大容量,横向扩建往往比纵向增高更划算。
即便你将地球上所有的陆地和海洋表面都覆盖上生态建筑,最终不得不通过增高建筑来容纳更多人口,你也会先遇到 “热量瓶颈”(heat wall),而非让 “电梯困境” 成为限制因素。此外,要建造一座成本足够低廉(无论是建设成本还是维护成本),且能将大部分空间用于粮食生产的生态建筑,我们必须彻底摒弃 “拥挤建筑” 的观念。生态建筑这种建筑形式,只有在你有能力建造人均面积宽敞的建筑时,才值得去建造。但在此可以简要说明:只要农业生产仍主要局限在单层空间内(无论是土地利用率低但成本较低的露天种植,还是全部在温室中进行的种植),那么大多数建筑就不需要设计成高层 —— 因为高层设计并不会带来明显的优势。人类的居住、工作和购物区域,实际上并不需要占据大量空间。
以香港和纽约为例,这两座城市拥有世界上最多的摩天大楼,但它们都未能进入全球人口密度最高的 40 个城市榜单 —— 人口密度最高的马尼拉(ani),摩天大楼数量还不到 50 座。而且,即便这两座城市中的大多数建筑并非高层(更不用说摩天大楼),它们实际占据的土地面积依然非常小。就像不住在农村的人常常会忘记农场有多广阔(许多大型农场的面积甚至比城市还大)一样,那些主要通过电视或购物之旅接触大都市的人,也常常会忽略一个事实:即便在规模最大的大都市中,只有极小一部分建筑的高度达到四层或以上,而其中能被称为 “摩天大楼” 的比例更是微乎其微。
目前,我们需要一整块大陆的面积来养活全球人口,但如果将所有人都安置在一层或两层的郊区式 “微型豪宅” 中,所需的土地面积甚至不会对地球总陆地面积造成明显影响。郊区的人口密度通常为每平方英里 14,000 人,这种密度一点也不拥挤 —— 相当于每个家庭拥有四分之一英亩的土地。。
因此,只有当高层建筑的单位面积建造成本足够低廉,低到让人们可以考虑将大部分农业生产转移到室内进行时,我们才会开始将大部分人口安置在高层塔楼中。我们建造生态建筑,可能主要是为了彰显声誉 —— 就像建造最高的建筑一样,但不要期望在我们能够以经济可行的方式在室内种植粮食之前,生态建筑会成为大多数人居住的常规选择。因为在那之前,这根本不可能实现。